浅析人防地下室结构设计

摘要：人防地下室是为战时服务，具有预定战时防空功能的特殊地下建筑，与普通地下建筑相比较，其使用对象、条件、要求均有明显差别，从而在设计原则、设计标准和处理方法上，均与普通地下建筑不同。本文对人防地下室在结构设计方面的问题进行了讨论，并给出了解决办法。

关键词：人防地下室；特点；问题；设计

中图分类号：S611文献标识码： A

1.人防结构设计的特点

防空地下室结构设计的主要内容包含两方面：一是主体结构设计，包括顶板、外侧墙、底板等其它构件的结构设计；二是孔口防护设计。防空地下室结构设计与一般的结构设计有何区别呢?

（1）结构设计的可靠性可降低，一般建筑结构pf≈10，而人防结构pf≈6% ；

（2）考虑结构的动力响应；

（3）结构构件可考虑进入塑性工作状态；

（4）材料设计 强度可以提高，例如钢材强度可提高1.15～1.5倍，对砼强度可提高1.5倍，这是在设计中考虑材料强度综合调整系数来完成的。

（5）重视构造要求，人防设计的许多构造要求是与一般的建筑设计不同的，要求更为严格。

根据以上所述的结构设计的特点，我们可以确定防空地下室结构设计的一般原则：

（1）平战结合，取控制条件，在民用建筑的人防地下室的结构设计中，一般只涉及5级或6级人防设计，结构的顶板基本上都由战时控制，而侧墙和底板则因地下室的结构型式的不同而由实际情况确定；

（2）只进行强度的验算，由于在核爆动荷载作用下，结构构件变形极限已用允许延性比的控制，且在确定各种构件允许延性比时，已考虑了对变形的限制，因而在防空地下室结构设计中，不必再单独对结构构件的变形与裂缝开展进行验算；

（3）只考虑一次核袭击；

（4）注意各部件的协调，以免因设计控制标准不一致而导致结构的局部先行破坏，失去整个防护建筑的作用；

（5）地面与地下承重结构体系要协调，不能出现两者强弱相差较大的情况。了解了结构人防设计的特点及原则之后，我们首先就必须确定计算所需的荷载值。

2.人防地下室设计中常出现的问题

2.1人防地下室外墙配筋

人防地下室外墙为一侧与室外岩土接触，直接承受土中压缩波作用，另一侧为防空地下室内部的墙体。顶板与外墙之间二者刚度接近时，外墙上部可近似按固定端与铰支之间的支座情况考虑；底板刚度远大于外墙时，外墙下部支座可视作固定端，各构件之间支座条件应相互协调一致，需注意配筋及构造应与实际受力状况相符。

当地下室内部横隔墙较多或上层建筑的柱子沿外墙向下直通到基础底板，外墙可按支承在内部横墙（柱子）与楼板上的双向（单向）板计算；当地下室内部横隔墙较少或无横隔墙时可考虑上下两端支承，按下端嵌固在基础底板、上端简支或嵌固在顶板的单向板计算。

2.2防护墙体的厚度局部削弱

人防地下室与非人防地下室之间的防护密闭隔墙（临空墙）由于设备（消防栓、配电箱、接线盒等）暗装，导致防护隔墙局部不满足防护与密闭要求的厚度。《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)中第3.2.5，3.2.6，3.2.9，3.2.10，3.2.11，4.7.2等强制性条文都对防护墙体的厚度作出了明确规定。

2.3门框墙上挡墙加强梁的设置位置

当防护密闭门上挡墙较长时，往往需在挡墙下端设置加强梁，作为抵抗水平冲击波荷载的加强构件。需注意的是，加强梁距上挡墙下边缘应预留250～300mm高度，以便内侧的密闭门或防护密闭门有足够的水平开启空间，而且加强梁纵筋应锚入门框两侧的竖向加强暗柱（或柱）中，以形成明确的洞口加强传力体系。

2.4防倒塌措施

城市地下空间结建式人防工程的开发，多是以经济利益为主，常常忽略人防工程的出入口防倒塌问题，多数出入口设置在建筑物倒塌范围之内，有的甚至没有采取防倒塌和堵塞措施，也没有进行战时防倒塌和堵塞的转换设计。这些对战时人防工程出入口构成了安全隐患，需要设计时合理布局出入口。

对于人防地下室抗力等级为5，6级的室外出入口，战时需设置防倒塌棚架，而平时不便设置永久性防倒塌棚架，可按照国标图集05SFG04《防空地下室室外出入口部钢结构装配式防倒塌棚架结构设计》选用临战快速组装的钢结构装配式防倒塌棚架，这些问题都需设计时给予重视。

3.疏散口设计

人员掩蔽工程战时总的疏散宽度应满足按掩蔽人数每100人不小于0.3m，且每樘门通过人数不应超过700人。对于人防工程的疏散宽度，除计入主要出入口、次要出入口宽度之外，可能还需设若干疏散口。有条件的可在与非人防区相邻的部位设密闭通道，通过非人防区的出入口( 包括阶梯出入口、汽车坡道出入口)进行疏散。若无此条件，可考虑设阶梯通至上层的非人防区后，再借用相关的出入口进行疏散。疏散宽度必须考虑各层人防地下室同时进行人员疏散，疏散宽度需相应迭加，即不同单元合用出入口时，疏散宽度应按掩蔽人数之和进行计算。

4.平战转换设计

早期转换应在30天内完成物资、器材筹措和构件加工；主要转换工作有：在临战前30天内完成增加的混凝土垛子的浇捣；工程平时使用的物品的搬出；平时使用的风机等设备拆除；砖隔墙的砌筑；临战封堵构件的加工；对穿过防护密闭墙的电线、电缆的穿墙管做密闭处理；战时使用的电子电气设备加装氧化锌避雷器。

临战转换应在15天内完成对外出入口孔口的封堵；主要转换工作有：构筑抗爆单元隔墙；安装战时进、排风系统；安装战时钢板水箱；安装战时给排水设备；对穿过密闭墙等管道安装闸阀。

紧急转换应在3天内完成防护单元连通口的转换及综合调试工作，达到战时的使用要求。主要转换工作有：在临战前3天内防护单元连通口的封堵安装；调试战时设备系统；对平时使用战时不使用的电气设备、电缆、电线等进行接地处理；完成工程的综合调试工作。

根据人防工程平战结合的原则，本工程平时作为停车库，临战早期转换工作开始后，车辆需要限制的进入工事，同时将工程内平时使用的物品、器具由相关责任单位（个人）限期搬出，清理出平战转换的施工场所和人员掩蔽空间。

管线在进出人防工程防护密闭墙、密闭墙时均应做好防护密闭处理。穿越口部和临战封堵线路的预留备用穿墙管需进行防护密闭处理。在防护密闭门及连通口的门框墙上均预留6（RC50）热镀锌钢管，预留穿墙管应作防护密闭处理。照明线路在进出人防区域时加装熔断器，并做密闭处理。所有密闭段采用管壁厚度不小于2.5mm的热镀锌钢管。

5.人防地下室顶板设计

5.1地下室顶板采用无次梁大板结构体系

由于地下室顶板绝大部分均为人防顶板(只有局部配电室、水泵房等为非人防区域)，为了充分利用人防顶板板厚较大(>200mm)的特点，不设次梁，采用无次梁大板结构体系，可以显著降低用钢量。板的配筋方式：普通梁板结构体系(井字梁或十字梁)的板块尺寸小，板配筋多为双层双向通长构造配筋。但不设次梁的大板块尺寸大，配筋大多数是计算配筋，配筋方式为构造筋双层双向通长，另外布置附加钢筋。

5.2板的弹塑性算法

由于顶板的人防等效荷载比较大，如果用弹性板计算，支座负筋太大，无法配置。而由于人防荷载作用下可以考虑塑性内力重分布，所以本项目采用PKPM塑性板算法计算板内力，配筋结果比较合理。普通梁板体系顶板配筋由战时人防荷载组合控制，但由于顶板上景观需要覆土1.2m厚，消防车道需考虑消防车荷载，平时荷载非常大。完全按战时荷载工况有时难以满足平时荷载工况下的配筋及裂缝要求，还应对平时工况进行复核。结果发现大板块的弹塑性算法板面筋比弹性板算法小很多，部分板块，尤其是板上恒载、活载较大的板块，其面筋小于平时荷载工况的弹性板算法结果，最后按照平时、战时计算配筋包络值配筋。

5.3塑性板计算配筋应注意的两个问题

①较狭长板块，接近单向板时，板块支座面筋偏大，与相当于其2倍尺寸的双向板塑性算法的面筋相当。采用理正人防塑性算法验算，结果相同，按计算结果配筋；

②部分板块支座面筋非常大，与弹性算法结果比较，两者相同。而理正人防塑性算法结果支座面筋小很多，较合理。比较发现此类板块均不是矩形板块，是存在斜边的梯形或异型板。PKPM无法对异型板进行塑性算法计算，只能利用其他软件简化计算。

6.结语

人防地下室的结构设计是一个综合性很强的问题,涉及内容繁多且复杂,既要考虑平时工况又要考虑战时工况,且目前电算软件功能都不是很完善,需要更深入地研究人防结构设计的技术问题,总结设计经验,提高设计水平。

参考文献：

[1]《人民防空地下室建筑设计》谢金容 杨延军编著中国计划出版社

[2]人民防空工程施工及验收规范(GB50134-2004)[S].北京:中国计划 出版社,2004

[3]防空地下室结构设计手册[M].北京市建筑设计标准化办公室,2008